[論文レビュー] Open Quantum Systems, Entropy and Chaos

Hans-Thomas Elze|ArXiv.org|Oct 30, 1997

Advanced Thermodynamics and Statistical Mechanics被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、非古典的環境によって駆動される開放量子系におけるエントロピー生成を調査し、連続的な環境モニタリングがデコherenceとエントロピー増加を引き起こすことを示している。量子ブラウン運動およびスカラー場モデルを用いて、ハートリー・フォック近似が偽の半古典的カオスを導入し、エントロピー生成および熱平衡化の推定を歪めることを示している。

ABSTRACT

Entropy generation in quantum sytems is tied to the existence of a nonclassical environment (heat bath or other) with which the system interacts. The continuous `measuring' of the open system by its environment induces decoherence of its wave function and entropy increase. Examples of nonrelativistic quantum Brownian motion and of interacting scalar fields illustrate these general concepts. It is shown that the Hartree-Fock approximation around the bare classical limit can lead to spurious semiquantum chaos, which may affect the determination of entropy production and thermalization also in other cases.

研究の動機と目的

• 非古典的環境が開放量子系におけるエントロピー増加をどのように駆動するかを理解すること。
• 連続的な環境モニタリングが波動関数のデコherenceおよびエントロピー生成をどのように引き起こすかを分析すること。
• ハートリー・フォック近似がエントロピー生成および熱平衡化のモデリングにおいて信頼できるものかどうかを調査すること。
• 古典的極限における近似から生じる偽の半古典的カオスを特定および特徴付けること。
• 非相対論的量子ブラウン運動および相互作用するスカラー場を用いた具体的な例を提示すること。

提案手法

• 連続的測定およびデコherenceの枠組みを用いて、非古典的環境（例：熱浴）と相互作用する開放量子系を分析する。
• 系-環境相互作用ハミルトニアンにハートリー・フォック近似を適用し、古典的極限付近の平均場ダイナミクスを研究する。
• 一般原理を説明するために、非相対論的量子ブラウン運動および相互作用するスカラー場のモデルを用いる。
• ハートリー・フォックアプローチにおける近似が、半古典的領域でのカオス的挙動の出現を検討する。
• 正確またはより包括的な取り扱いと比較することで、これらの近似におけるエントロピー生成推定の妥当性を評価する。
• 摂動的解析を用いて、熱平衡化の文脈におけるハートリー・フォック結果の安定性および物理的整合性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非古典的環境との相互作用が、どのように開放量子系におけるエントロピー増加を引き起こすか？
• RQ2 連続的な環境モニタリングが、デコherenceおよびエントロピー生成を引き起こす役割は何か？
• RQ3 ハートリー・フォック近似が、古典的極限に近い系において、どのように偽の半古典的カオスを導入するか？
• RQ4 この偽のカオスが、開放量子系におけるエントロピー生成および熱平衡化ダイナミクスの正確性にどのように影響するか？
• RQ5 量子ブラウン運動および相互作用するスカラー場のモデルが、開放系におけるエントロピー生成の一般枠組みをどの程度検証するか？

主な発見

• 開放量子系におけるエントロピー生成は、根本的に連続的に系をモニタリングする非古典的環境の存在に依存している。
• 連続的な環境相互作用は、波動関数のデコherenceおよび不可逆的エントロピー増加を引き起こし、熱力学的不可逆性と整合的である。
• 古典的極限に近い状態でハートリー・フォック近似を適用すると、正確なダイナミクスに存在しない偽の半古典的カオスを生成する可能性がある。
• この偽のカオスは、エントロピー生成の推定を歪め、開放系における熱平衡化に関する誤った結論を導く可能性がある。
• 量子ブラウン運動および相互作用するスカラー場のモデルは、環境誘発エントロピー増加の一般的メカニズムを確認している。
• 本研究は、開放量子系における正確なエントロピーおよび熱平衡化解析に、ハートリー・フォックのような平均場近似にのみ依存することを警告している。